密封面硬化技术
产
品
技
术
简
介
莱斯得阀门有限公司
1、概述
在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域，温度超过200℃，或者高粘性流体、带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体等介质中，球阀需要选用金属硬密封球阀，所以选用合适的金属硬密封球阀的阀球和阀座的硬化工艺十分重要。
2、金属硬密封球阀阀球和阀座的硬化方式
目前金属硬密封球阀密封面常用的硬化工艺主要有以下几种：
（1）密封面堆焊STL硬质合金，硬度可达40HRC以上，堆焊STL的优点是耐酸、耐腐蚀，耐穿透。缺点是密封表面堆焊硬质合金工艺复杂，生产效率低，且大面积堆焊易使零件产生变形，因为造价偏高，目前对密封面堆焊的工艺使用较少，主要用在特定的介质管线如穿透性特别强的介质才会选用，其他情况一般会用超音速（HVOF）工艺喷涂STL代替。
（2）密封面镀硬铬，硬度可达60～65HRC，厚度0.07～0.10mm，镀铬层硬度高、耐磨、并能长期保持表面光亮，工艺相对简单，成本较低。但在部分腐蚀介质作用下也会造成镀层脱落，而且硬铬镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度不能高于427℃（厂家不建议用在温度这么高的管道上），另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。
（3）密封面采用等离子氮化，表面硬度200~250HB（只有15~26HRC左右），氮化层厚度0.20～0.40mm，等离子氮化处理硬化工艺由于高温氮化反应后耐腐蚀性较差，不能在化工强腐蚀等领域使用,由于表面硬度200~250HB并不算太高，密封面容易划伤造成泄漏。
（4）密封面超音速喷涂（HVOF）工艺，WC碳化钨硬度最高可达70～75HRC，NI60与NI55镍基合金硬度最高可达60～55HRC，集合强度高，厚度0.25～0.4mm，超音速喷涂也是密封面硬化主要工艺手段之一。由于喷涂（HVOF）STL工艺成本造价低于第（1）种堆焊STL，性能也比较接近，常见喷涂（HVOF）STL代替堆焊STL.
在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体；带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体介质中大部分使用该硬化工艺。
超音速喷涂（HVOF）工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。在撞击过程中，由于粒子的速度较快（500～750m/s）且粒子温度较低（-3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速，甚至是音速的2～3倍，气流速度是音速的4倍。
超音速喷涂（HVOF）是一种新的加工工艺，喷涂厚度0.3～0.4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高（77MPa），涂层孔隙率低（＜1%）。该工艺对工件加热温度低（＜93℃），工件不变形，可进行冷喷涂。喷涂时，粉末粒子速度高（1370m/s），无热影响区，工件的成分和组织无变化，涂层硬度高，可进行机加工。
（5）密封面离子喷焊（NI镍基硬质合金）工艺，硬度最高可达55～65HRC（NI55、NI60、NI65镍基合金牌号），集合强度高，厚度0.40～0.5mm，离子喷焊工艺是密封面硬化最主要工艺手段。喷焊是一种金属材料表面热喷涂处理工艺。它是通过热源将粉末（金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加热到熔融或达到高塑性状态后，依靠气流将其喷射，沉积到预先处理过的工件表面上，形成一层与工件表面（基材）结合牢固的涂（焊）层。
3、硬密封球阀阀球和阀座接触面的硬度配合
金属滑动接触面一般需具有一定的硬度差，否则容易发生咬死现象。在实际运用中，一般阀球和阀座的硬度差在5HRC左右，该硬度差使球阀能具有较好使用寿命。由于球体加工复杂，加工成本高，为保护球体不易受到损坏和磨损，一般选择球体的硬度高于阀座表面的硬度。
阀球和阀座接触表面硬度配合使用比较广泛的有两种硬度配合：
1、阀球表面硬度60HRC，阀座表面55HRC，阀球表面可采用喷焊NI60，合金硬度60±3HRC，阀座表面可采用喷焊NI55，阀座表面硬度55±3HRC，该硬度配合是金属密封球阀使用最广范的硬度配合，能满足金属硬密封球阀常规磨损要求；该配合性价比高，镍基合金造价便宜，性能硬度比高，又能耐一定的腐蚀性，缺点是不耐强酸、强腐蚀。
2、阀球表面硬度58HRC，阀座表面53HRC，阀球表面可采用超音速喷涂Stellite20#，阀座表面可采用超音速喷涂Stellite12合金，该配合广泛使用在高温≤650℃与耐腐蚀的领域，具有较高的耐磨性和使用寿命，拥有衬氟阀门不具有的优势，缺点是造价高，性能硬度比NI合金还低。
3、在专业的研磨技术下，在国内外有使用阀球和阀座表面硬度相同的配合，阀球和阀座表面均采用超音速喷涂WC碳化钨工艺，表面硬度均大于72HRC，在超高硬度情况下，阀球和阀座接触表面不易发生咬死。
4、硬密封球阀阀球和阀座硬化注意问题
工件密封表面超音速喷涂（HVOF）工艺的金属硬密封球阀阀球和阀座材料一般都选择不锈钢或耐腐蚀材料，否则硬质合金与阀座（或阀球）结合层容易被介质腐蚀，发生硬质合金层脱落，影响球阀寿命。而喷焊和堆焊硬化工艺中硬质合金与基体均具有熔融过程，硬质合金与基体集合处有热融区，喷焊NI60系列由于1500度喷焊火焰作用下，合金粉与碳钢A105材料结合强度与结合力好，所以碳素钢A105材质表面硬化适用热喷焊工艺，而超音速喷涂（HVOF）工艺一般选择用不锈钢或耐腐蚀材料。
另外针对不同的阀座（或阀球）材料应选择合适的硬化工艺，在煤化工领域中不锈钢材料被广泛使用，常见煤化工专用球阀配置为WCB阀体、F316喷焊NI60镍基合金球体、F316喷焊NI55镍基合金阀座、F316阀杆。在部分冲刷厉害的位置可以采用超音速喷涂WC碳化钨来喷涂球体跟阀座的密封面，提高阀门寿命。
5、金属阀门的密封面采用合理的硬化工艺，可提高直接决定金属硬密封阀门的使用寿命和使用性能。
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许秀章 13736967991
2020-6-13
